Typer af kugleventiler (Flydende, Tunnion)

En kugleventil har en sfærisk skive til at åbne og lukke for væskestrømmen. De er industristandarden til rørledningsaflukning, da deres design garanterer en meget tæt og lækagefri forsegling selv efter mange års drift. De to hovedtyper af kugleventiler er den svømmende konstruktion og kugleventiler med krumtaphus (med side- eller topindgang). Armaturhuset kan være støbt eller smedet og monolitisk eller delt (i 2 eller 3 dele). API 6D og ASME B16.34 er vigtige specifikationer.

Hvad er en kugleventil?

Kugleventiler er vigtige anordninger til at lukke af og regulere strømmen af en væske (olie, gas, damp osv.) i den petrokemiske industri.

FORDELE OG Ulemper ved kugleventiler

Denne type ventil har følgende fordele:

• kan hurtigt åbnes og lukkes med en kvart omgang bevægelse
• sikrer en meget tæt forsegling uden behov for store momentkræfter
• har et kompakt design (dette er den væsentligste forskel mellem en kugleventil og en skydeventil – som begge er on/off-enheder)

Nedlemmerne er:

Der er følgende ulemper:

• ventilen har dårlige regulerings- og drosleegenskaber, da den er konstrueret til rørledningsaflukning i stedet for flowmodulering (dette er en ideel funktion for kugleventiler): Drossling medfører, at det delvist blottede sæde eroderer på grund af den høje strømningshastighed og det høje tryk, som ventilen udsættes for. Sliddet kan føre til en gradvis lækage af ventilen.
• ventilen kan ikke anvendes til slam, da ophobning af suspenderede partikler og snavs vil få ventilen til at blive utæt. Disse partikler kan størkne i hulrummene i nærheden af kuglen og sæderne. Kugleventiler er langt mere effektive i forbindelse med gasser og andre flydende væsker (selv udfordrende kemikalier som tørt klor, flussyre eller saltsyre og ilt).
• kan være vanskelige at rengøre (bortset fra top entry design)

Den åbne, lukkede eller delvist åbne position af ventilen kan registreres ved at se på håndtagets position:

• når håndtaget er rettet mod røret, er ventilen åben; når det er vinkelret på røret, er ventilen lukket;
• når det er en hvilken som helst anden position, er ventilen delvist åben (eller delvist lukket) og modulerer flowet.

Disse ventiler hører til familien af “quarter turn”-ventiler eller “1/4 turn-ventiler” (sammen med butterfly- og plugventiler), da åbnings- og lukningsoperationerne udføres ved at dreje et håndtag forbundet med skiven 90 grader.

De vigtigste specifikationer for kugleventiler er API 6D, BS 5351 (smedet) og ASME B16.34 (tryk- og temperaturklassificeringer), ASME B16.5/B16.47 (flangeender) og ASME B16.25 (stumpsvejsede ender).

Hvordan virker den?

Kuglen inde i ventilen har et hul, som strømmen passerer frit igennem, når den er helt på linje med de to ender af ventilen. Når hullet er helt vinkelret på enhedens ender, er ventilen fuldstændig tæt.

I modsat fald, når hullet er i en anden position (f.eks. vinkelret på ventilens ender), afbrydes strømmen helt eller delvist.

Kugleventil vs. skytteventil

Denne ventil udfører den samme funktion som en skytteventil (afspærring). Forskellen mellem en kugleventil og en skydeventil er, at førstnævnte anvender en kugleformet kugle til at åbne/lukke flowet, mens sidstnævnte anvender en skive, der sidder på et sæde. Forskellen mellem disse to ventiler ligger derfor i design og kompakthed.

Kugleventil vs. globeventil

Disse ventiler er ikke så præcise som globeventiler til at drosle væskestrømmen, da de generelt har positive (ved 0, 45 og 90 grader) i stedet for inkrementelle positioner. Endvidere ville ventilen blive beskadiget af delvist åbne positioner (eller gentagne åbne/lukke-operationer) i det lange løb (ikke et problem for globeventiler).



Kugleventiltyper

Kugleventiler kan klassificeres efter flere kriterier:

• Design: Flydende, drejeboligmonteret og dobbelt afblæsning og blokering
• Antal porte: Standardtypen er med 2 ports design (1 indløb, 1 udløb), men 3-vejs design er også tilgængeligt (1 indløb og 2 udløb eller omvendt)
• Borestørrelse: fuld boring eller reduceret boring (FB vs. FB vs. RB), og V-notch
• Kuglehusmontage: unibody (kuglehuset er fremstillet af et enkelt stykke støbt eller smedet stål), 2 stykker eller 3 stykker (huset er resultatet af samlingen af to eller tre forskellige dele)
• Kugleadgang: (afhængig af, at kuglen for vedligeholdelse kan tilgås fra siden af ventilen eller fra dens overside)
• Sidetype: metal eller blødt (teflon)

FLYDENDE KUGLEVENTIL

I en flydende ventil er kuglen ophængt i den strømmende væske og holdes i position ved at to elastomersæder presses mod den.

Akslen er forbundet i toppen af kuglen og gør det muligt at skifte fra en åben til en lukket stilling med en kvart omgang bevægelse (90 grader)



Når akslen bevæges, påføres kuglen en belastning, som presses mod dens sæder.

Denne konstruktion, som er let og økonomisk, passer til borestørrelser på op til 10 tommer: over denne borestørrelse ville ventilens sæder ikke kunne modstå tungere og tungere kugler, og ventilen ville ikke kunne fungere sikkert og effektivt.

Flydeventiler tillader en tovejsaflukning af strømmen (som trunniontypen).



(Kilde: Walworth Valves Youtube Channel)

TRUNNION BALL VALVE

Trunnionventiler er blevet indført for at klare de størrelsesbegrænsninger for standardflydeventiler, der er skitseret ovenfor. I denne type ventiler fungerer akslen, kuglen og den understøttende drejefod nemlig som en enkelt solid enhed, der kan modstå de store belastninger, som genereres af kugler af store dimensioner.

Ud over en fordel med hensyn til fleksibilitet i forhold til størrelsen har en drejetapventil et lavere drejningsmoment end en flydende ventil (hvilket kan blive en fordel, når ventilen skal betjenes, da der kan monteres mindre og økonomiske aktuatorer til at betjene ventilen).



En kugleventil i rustfrit stål af typen trunnionmonteret

(Kilde: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)

SIDE ENTRY VS. TOP ENTRY

Hvad er forskellen på en kugleventil med sideindgang og en kugleventil med topindgang?

Disse udtryk vedrører den måde, hvorpå ventilens kugle og dens indre dele kan tilgås, fra siden (sideindgang) eller fra toppen (topindgang).



Flydende og drejeboligmonterede kugleventiler fås med en “sideindgang” og “topindgang” konstruktion.

Designet med top entry specificeres, når der forventes hyppige inline-vedligeholdelsesaktiviteter på ventilen.

Dette skyldes, at kugleventiler med top entry giver nemmere og hurtigere adgang til kuglen og ventiltrimningen sammenlignet med ventiler med side entry (som kræver mere vedligeholdelsestid og plads for de samme operationer).

De vigtigste forskelle mellem disse to kugleventildesign er:

• Kugleventiler med topindgang er generelt fremstillet med støbte stållegemer; kugleventiler med sideindgang er fremstillet med (robuste) smedede stållegemer
• Kugleventiler med topindgang har en monolitisk struktur (er fremstillet af et enkelt stykke); kugleventiler med sideindgang har en samling af to eller tre stykker
• Kugleventiler med topindgang kræver flere ikke-destruktive prøvninger end kugleventiler med sideindgang på grund af deres støbte legemer;
• Side entry-kugleventiler er lettere at samle og fremstille end top entry-kugleventiler, som kræver lang erfaring og håndværk for at fungere korrekt
• Top entry-kugleventiler er generelt dyrere end side entry-kugleventiler og har længere leveringstider på grund af de støbeoperationer, der er nødvendige for at fremstille kroppen



3-WAYS

Generelt har en kugleventil to indgange (eller “to veje”).

I visse anvendelser kan der dog være specificeret en 3-vejs kugleventil. En 3-vejs kugleventil har 3 porte (indgange) i stedet for kun to.



Denne konstruktion med flere porte er nødvendig for at aflede den væske, der kommer fra hovedventilens indløb, i to forskellige retninger (i stedet for kun én), som hver betjenes af to separate ventiludgange. En anden typisk anvendelse af en 3-vejs kugleventil er at få hovedstrømledningen betjent af to separate og alternative indløb.

Kuglen i en 3-vejs kugleventil kan have et L- eller T-design, som vist på billedet nedenfor. Endvidere kan denne specielle type kugleventil fås i svømmende eller trunnion-design, med enhver type ventilende (flange-, muffe- eller gevindtilslutning) og i forskellige materialer fra plast til kulstof, legeret og rustfrit stål.



FULL PORT VS REDUCED PORT

Disse begreber henviser til forholdet mellem ventilens boringsdiameter og det tilsluttede rørsystem. Mere detaljeret:

• “Full port”-typen (FB) har en boring (kuglens hul), der svarer til boringsstørrelsen i det tilsluttede rørsystem. Kugleventiler med fuld port minimerer det trykfald, som genereres af ventiler med reduceret port, men de er naturligvis mere voluminøse, tunge og dyre. FB-kugleventiler er bedre egnede end RB-kugleventiler til drosselanvendelser.
• Kugleventiler med “reduceret port” (RB) har en boring, der er mindre end den tilsluttede rørlednings (f.eks. et rør). Det medie, der strømmer gennem ventilen, er i dette tilfælde begrænset til en procentdel (normalt mellem 70 og 80 %) af det fulde flow i rørledningen. Kugleventil med reduceret port skaber et trykfald i rørledningen.



MATERIALER

Denne type ventil fås med støbte eller smedede kropsmaterialer (monoblok, eller delt).

Generelt har ventiler under 2 tommer i diameter 2 stykker eller tre stykker smedede legemer (det mest almindelige er ASTM A105 til højtemperaturtjeneste, ASTM A350 LF2 og LF3 til lavtemperaturservice og ASTM A182 F304, F316 til ventil i rustfrit stål eller højere kvaliteter, såsom duplexventiler ASTM A182 F51 og superduplex ASTM A182 F53/F55).

Smedede legemer anvendes også til højtryksventiler med større boring (med 2 eller 3 stykker delt legemskonstruktion).

Eksempler på smedede kugleventiler (lille størrelse og ventil i rustfrit stål med smedet legeme, monteret på tappe).



Ventiler i størrelser over 2 tommer har et støbt legeme (de mest almindelige kvaliteter er ASTM A216 WCB til brug ved høje temperaturer, ASTM A352 til brug ved lave temperaturer og ASTM A351 CF8, CF8M til støbte ventiler af rustfrit stål).

Symbolet for denne type ventil i P&ID-diagrammer er repræsenteret nedenfor